塞弗特-范坎彭定理

塞弗特-范坎彭定理,將一個拓撲空間的基本群,用覆蓋這空間的兩個開且路徑連通的子空間的基本群來表示。

設X為拓撲空間,有兩個開且路徑連通的子空間U_1,U_2覆蓋X,即X=U_1\cupU_2,並且U_1\capU_2是非空且路徑連通。取U_1\capU_2中的一點x_0為各空間的基本群的基點。那么從U_1\capU_2到U_1及U_2的包含映射導出相應基本群的群同態:(以下省略基本群中的基點。)
\phi_1:\pi_1(U_1\capU_2)\to\pi_1(U_1)
\phi_2:\pi_1(U_1\capU_2)\to\pi_1(U_2)
塞弗特-范坎彭定理指出X的基本群,是U_1,U_2的基本群的共合積:
\pi_1(X)=\pi_1(U_1)*_{\pi_1(U_1\capU_2)}\pi_1(U_2)
用範疇論來說,\pi_1(X)是在群範疇中圖表
\pi_1(U_1)\leftarrow{\pi_1(U_1\capU_2)}\rightarrow\pi_1(U_2)
的推出。
這定理可以推廣至X的任意多個開子空間的覆蓋:設
X為路徑連通拓撲空間,x_0為X的一點,
\{U_\lambda\}_{\lambda\in\Lambda}由路徑連通的開集組成,為X的開覆蓋,
任何一個U_\lambda都有點x_0,
對任何\lambda,\mu\in\Lambda,都有\nu\in\Lambda,使得U_{\lambda}\capU_{\mu}=U_\nu。
當U_\lambda\subsetU_\mu,令
\phi_{\lambda\mu}:\pi_1(U_\lambda)\to\pi_1(U_\mu)
為由包含所導出的群同態。又令
\psi_{\lambda}:\pi_1(U_\lambda)\to\pi_1(X)
為由U_\lambda\subsetX所導出的群同態。那么\pi_1(X)有下述的泛性質:
設H為群,對所有\lambda\in\Lambda有群同態\rho_\lambda:\pi_1(U_\lambda)\toH,使得若U_\lambda\subsetU_\mu,則
\rho_\mu\circ\phi_{\lambda\mu}=\rho_\lambda。
那么存在唯一的群同態\sigma:\pi_1(X)\toH,使得對所有\lambda\in\Lambda,都有
\rho_\lambda=\sigma\circ\psi_\lambda。
這個泛性質決定唯一的\pi_1(X)。(不別群同構之異。)

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